JP2016017200A - Die steel and warm/hot-working die - Google Patents

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JP2016017200A
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mold
steel
thermal conductivity
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河野 正道
Masamichi Kono
正道 河野
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a die steel that has a high crack resistance and wear resistance, and moreover, that is low in cost, and to provide a warm/hot-working die using the same.SOLUTION: A die steel contains 0.30<C<0.45 mass%, 0.01<Si<0.15 mass%, 0.50<Mn<1.18 mass%, 0.015<P<0.050 mass%, 5.36<Cr<5.92 mass%, 0.98<Mo<1.37 mass%, 0.30<V<0.72 mass%, and 0.0150<N<0.0800 mass%, and the remainder is composed of Fe and inevitable impurity. The die steel may contain, as the inevitable impurity, a predetermined amount or less of S, Cu, Ni, Al, W, O, Co, Nb, Ta, Ti, Zr, B, Ca, Se, Te, Bi, Pb, or Mg.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、金型用鋼及び温熱間金型に関し、さらに詳しくは、低コストで、割れにくく、かつ、耐摩耗性に優れた金型用鋼、及び、これを用いた温熱間金型に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mold steel and a hot mold, and more particularly, to a mold steel that is low-cost, hard to crack, and excellent in wear resistance, and a hot mold using the same. .

熱間〜温間における塑性加工に用いられる金型(温熱間金型)は、通常、素材の焼入れ・焼戻しを行い、型彫加工により素材に所望の形状の凹部を形成することにより製造されている。また、このような金型を用いて熱間〜温間で塑性加工を行う際には、金型は、大きなヒートサイクルと大きな負荷を受ける。そのため、温熱間金型に用いられる材料には、靱性、高温強度、耐摩耗性、耐割れ性、耐ヒートチェック性などに優れていることが求められる。しかしながら、一般に、金型用鋼において、複数の特性を同時に向上させるのは難しい。   A mold used for hot-to-warm plastic working (warm mold) is usually manufactured by quenching and tempering a material, and forming a recess of a desired shape in the material by die-sculpting. Yes. Further, when plastic working is performed hot to warm using such a mold, the mold receives a large heat cycle and a large load. Therefore, the material used for the hot mold is required to be excellent in toughness, high temperature strength, wear resistance, crack resistance, heat check resistance and the like. However, in general, it is difficult to improve a plurality of properties at the same time in mold steel.

そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、成分を最適化することに加えて、介在物量及びマルテンサイト組織の方向性を制御した熱間工具鋼が開示されている。
同文献には、マルテンサイトの方向性を制御することにより、被削性のバラツキが軽減され、かつ、クラックの進展が抑制される点が記載されている。
In order to solve this problem, various proposals have heretofore been made.
For example, Patent Document 1 discloses a hot work tool steel in which, in addition to optimizing the components, the amount of inclusions and the directionality of the martensite structure are controlled.
This document describes that by controlling the direction of martensite, the variation in machinability is reduced and the progress of cracks is suppressed.

特許文献2には、金型用鋼ではないが、成分を最適化することに加えて、高温焼戻しにより残留オーステナイト量を1.0%以下にした破砕刃が開示されている。
同文献には、残留オーステナイトを1.0%以下にすることによって、残留オーステナイトの分解による膨張を伴う経年変化が抑制される点が記載されている。
Patent Document 2 discloses a crushing blade that is not steel for molds, but in addition to optimizing the components, the amount of retained austenite is reduced to 1.0% or less by high-temperature tempering.
This document describes that, by setting the retained austenite to 1.0% or less, secular change accompanied by expansion due to decomposition of the retained austenite is suppressed.

特許文献3には、成分を最適化することに加えて、熱処理により表面に酸化膜を形成した熱間鍛造金型が開示されている。
同文献には、金型表面に酸化膜を形成することによって、金型の塑性流動が抑制され、耐摩耗性が向上する点が記載されている。
Patent Document 3 discloses a hot forging die in which an oxide film is formed on the surface by heat treatment in addition to optimizing components.
This document describes that by forming an oxide film on the mold surface, plastic flow of the mold is suppressed, and wear resistance is improved.

特許文献4には、成分を最適化することに加えて、表面に所定の深さ及び所定の硬さを有する窒化層を形成した熱間加工用金型が開示されている。
同文献には、
(a)窒化層深さを深くすることにより耐摩耗性が向上すること、及び、
(b)窒化層の硬さを適度な値に調整することによりヒートクラックが防止されること
が記載されている。
Patent Document 4 discloses a hot working die in which a nitride layer having a predetermined depth and a predetermined hardness is formed on the surface in addition to optimizing the components.
In the same document,
(A) Abrasion resistance is improved by increasing the depth of the nitride layer, and
(B) It is described that heat cracks can be prevented by adjusting the hardness of the nitride layer to an appropriate value.

特許文献5には、Ni、Mo、Si、Cr、Mo、V等の合金元素を最適化した熱間鍛造金型用鋼が開示されている。
同文献には、
(a)Ni、Moの添加が靱性の向上に有効であること、及び、
(b)Si、Cr、Mo、Vの添加が高温強度の向上に有効であること
が記載されている。
Patent Document 5 discloses a steel for hot forging die in which alloy elements such as Ni, Mo, Si, Cr, Mo, and V are optimized.
In the same document,
(A) The addition of Ni and Mo is effective in improving toughness, and
(B) It is described that the addition of Si, Cr, Mo, and V is effective in improving the high temperature strength.

さらに、特許文献6には、B、Al等の合金元素を最適化した熱間工具鋼が開示されている。
同文献には、
(a)Bの添加により、靱性を低下させることなく高温強度が向上すること、及び、
(b)B添加効果をより有効化するためには、微量のAl添加が必須であること
が記載されている。
Furthermore, Patent Document 6 discloses a hot work tool steel in which an alloy element such as B or Al is optimized.
In the same document,
(A) The addition of B improves high temperature strength without reducing toughness, and
(B) In order to make the B addition effect more effective, it is described that a small amount of Al is essential.

温熱間金型には、特に、
(a)金型の低廉化、
(b)加工時に発生する割れ(凹部の角部を起点として発生し、かつ、金型を貫通する、いわゆる「大割れ」)の回避、
(c)加工時における摩耗の抑制、
の3点が求められる。
Especially for hot molds,
(A) Lower mold cost,
(B) avoiding cracks that occur during processing (so-called “large cracks” that originate from the corners of the recesses and penetrate the mold);
(C) suppression of wear during processing;
3 points are required.

これらの中でも、摩耗抑制の重要性が増している。その理由は、割れを回避しつつ、「肉盛溶接」や「面下げ」などにより摩耗を補修して金型が継続使用されるためである。
従って、割れにくいことを必須要件とした上で、いかに摩耗を抑制するかが金型寿命確保における重要課題となる。従来は、摩耗抑制のために、VやMoなどの添加で高温強度を高める方策が採られてきた。当然、これによって素材コストが上昇し、低廉化は困難となる。さらに、金型が大型になるほど焼きが入り難く(マルテンサイト化し難く)なって靱性が低下するため、従来の方法による割れ回避には限界がある。すなわち、必須要件である「割れ難いこと」の実現さえ難しくなる。
Among these, the importance of wear control is increasing. The reason for this is that the mold is continuously used by repairing the wear by “building up welding”, “surface down” or the like while avoiding cracks.
Therefore, how to suppress wear after making it difficult to crack is an important issue in securing the mold life. Conventionally, in order to suppress wear, measures have been taken to increase the high-temperature strength by adding V, Mo, or the like. Naturally, this increases the material cost and makes it difficult to reduce the cost. Furthermore, since the larger the mold, the harder it becomes to enter (harder to martensite) and the toughness decreases, so there is a limit to avoiding cracks by the conventional method. That is, it becomes difficult to realize the essential requirement of “difficult to break”.

特開2003−268486号公報JP 2003-268486 A 特開2007−297691号公報JP 2007-297691 A 特開2008−308745号公報JP 2008-308745 A 特開2010−065280号公報JP 2010-065280 A 特開平06−256897号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-256897 特開平08−269625号公報JP 08-269625 A

本発明が解決しようとする課題は、耐割れ性及び耐摩耗性が高く、しかも低コストな金型用鋼及びこれを用いた温熱間金型を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、大型の金型に適用した場合であっても、高い耐割れ性及び耐摩耗性を示す金型用鋼及びこれを用いた温熱間金型を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a mold steel having high cracking resistance and wear resistance and a low cost, and a hot mold using the same.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a mold steel exhibiting high crack resistance and wear resistance and a hot mold using the same even when applied to a large mold. There is to do.

上記課題を解決するために本発明に係る金型用鋼は、
0.30<C<0.45mass%、
0.01<Si<0.15mass%、
0.50<Mn<1.18mass%、
0.015<P<0.050mass%、
5.36<Cr<5.92mass%、
0.98<Mo<1.37mass%、
0.30<V<0.72mass%、及び
0.0150<N<0.0800mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。
In order to solve the above problems, the mold steel according to the present invention is:
0.30 <C <0.45 mass%,
0.01 <Si <0.15 mass%,
0.50 <Mn <1.18 mass%,
0.015 <P <0.050 mass%,
5.36 <Cr <5.92 mass%,
0.98 <Mo <1.37 mass%,
0.30 <V <0.72 mass% and 0.0150 <N <0.0800 mass%
The balance consists of Fe and inevitable impurities.

本発明に係る温熱間金型は、本発明に係る金型用鋼を用いたものからなる。   The hot mold according to the present invention is made of the mold steel according to the present invention.

本発明に係る金型用鋼は、低廉化、割れ回避、及び摩耗抑制を同時に達成することができる。これは、
(a)MoやVのような高価な希少元素の使用量を減らしたため、
(b)MnとCrの量を適正化することで焼入れ性を高めたため、及び、
(c)Si量を低減し、高温強度及び熱伝導率を向上させたため
と考えられる。
The mold steel according to the present invention can simultaneously achieve cost reduction, crack avoidance, and wear suppression. this is,
(A) Because the amount of expensive rare elements such as Mo and V is reduced,
(B) Since the hardenability was improved by optimizing the amount of Mn and Cr, and
(C) It is considered that the amount of Si was reduced and the high-temperature strength and thermal conductivity were improved.

高温強度に及ぼすSiの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of Si which exerts on high temperature strength. 熱伝導率に及ぼすSiの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of Si which acts on thermal conductivity. 衝撃値(靱性)に及ぼすMnの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of Mn which gives to an impact value (toughness). 熱伝導率に及ぼすMnの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of Mn which acts on thermal conductivity.

高温強度に及ぼすPの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of P which has on high temperature strength. 衝撃値(靱性)に及ぼすPの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of P exerting on an impact value (toughness). 衝撃値(靱性)に及ぼすCrの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of Cr which gives to an impact value (toughness). 熱伝導率に及ぼすCrの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of Cr which acts on thermal conductivity.

金型表面温度に及ぼす熱伝導率の影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the heat conductivity which acts on metal mold | die surface temperature. γ結晶粒径に及ぼすNの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of N which acts on (gamma) crystal grain diameter. 本発明に係る金型用鋼及び従来鋼の温度と強度との関係を示す図(イメージ図)である。It is a figure (image figure) which shows the relationship between the temperature and intensity | strength of steel for metal mold | die which concerns on this invention, and conventional steel.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 金型用鋼]
本発明に係る金型用鋼は、以下のような元素を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Steel for molds]
The mold steel according to the present invention contains the following elements, with the balance being Fe and inevitable impurities. The kind of additive element, its component range, and the reason for limitation are as follows.

[1.1. 主構成元素]
(1) 0.30<C<0.45mass%:
C量が少ないと、硬さが不足する。焼入れ焼戻しによって金型として必要な硬さ(30〜57HRC)を得るためには、C量は、0.30mass%超である必要がある。C量は、さらに好ましくは、0.32mass%超、さらに好ましくは、0.33mass%超である。
一方、C量が過剰になると、熱伝導率が低下する。また、鋳造後の凝固時に晶出する炭化物が増え、靱性が低下する。従って、C量は、0.45mass%未満である必要がある。C量は、さらに好ましくは、0.44mass%未満、さらに好ましくは、0.43mass%未満である。
[1.1. Main constituent elements]
(1) 0.30 <C <0.45 mass%:
When the amount of C is small, the hardness is insufficient. In order to obtain the necessary hardness (30 to 57 HRC) as a mold by quenching and tempering, the amount of C needs to be more than 0.30 mass%. The amount of C is more preferably more than 0.32 mass%, more preferably more than 0.33 mass%.
On the other hand, when the amount of C becomes excessive, the thermal conductivity decreases. Moreover, the carbide | carbonized_material which crystallizes at the time of the solidification after casting increases, and toughness falls. Therefore, the amount of C needs to be less than 0.45 mass%. The amount of C is more preferably less than 0.44 mass%, more preferably less than 0.43 mass%.

(2) 0.01<Si<0.15mass%:
Si量が少ないと、被削性の劣化が著しい。良好な被削性を得るためには、Si量は、0.01mass%超である必要がある。Si量は、さらに好ましくは、0.02mass%超、さらに好ましくは、0.03mass%超である。
一方、Si量が過剰になると、高温強度の低下(図1参照)や熱伝導率の低下(図2参照)が問題となる。従って、Si量は、0.15mass%未満である必要がある。Si量は、さらに好ましくは、0.14mass%未満、さらに好ましくは、0.13mass%未満である。
(2) 0.01 <Si <0.15 mass%:
When the amount of Si is small, the machinability is remarkably deteriorated. In order to obtain good machinability, the amount of Si needs to be more than 0.01 mass%. The amount of Si is more preferably more than 0.02 mass%, more preferably more than 0.03 mass%.
On the other hand, when the amount of Si becomes excessive, a decrease in high-temperature strength (see FIG. 1) and a decrease in thermal conductivity (see FIG. 2) become problems. Therefore, the amount of Si needs to be less than 0.15 mass%. The amount of Si is more preferably less than 0.14 mass%, and more preferably less than 0.13 mass%.

本発明では、低廉化のため、高価なMoやVを低減している。MoやVは、高温強度の向上に寄与する元素である。このため、本発明では、MoやVの減量による高温強度の低下を他元素の調整で補う、あるいは凌駕する必要がある。そこで、高温強度を上昇させるために、Siに着目した。   In the present invention, expensive Mo and V are reduced for cost reduction. Mo and V are elements that contribute to the improvement of high-temperature strength. For this reason, in this invention, it is necessary to supplement or surpass the fall of the high temperature strength by the reduction | decrease of Mo and V by adjustment of another element. Therefore, attention was focused on Si in order to increase the high temperature strength.

(3) 0.50<Mn<1.18mass%:
Mn量が少ないと、焼入れ性、すなわち、靱性が低下する(図3参照)。高い靱性を得るためには、Mn量は、0.50mass%超である必要がある。一般に市販されている温熱間金型用鋼のMn量0.3〜0.5mass%よりも、Mnはやや高めとなる。Mn量は、さらに好ましくは、0.53mass%超、さらに好ましくは、0.56mass%超である。
一方、Mn量が過剰になると、熱伝導率が低下する(図4参照)。また、焼戻し温度や不純物元素の種類や量によっては、靱性が低下する。従って、Mn量は、1.18mass%未満である必要がある。Mn量は、さらに好ましくは、1.05mass%未満、さらに好ましくは、0.95mass%未満である。
(3) 0.50 <Mn <1.18 mass%:
When the amount of Mn is small, hardenability, that is, toughness is lowered (see FIG. 3). In order to obtain high toughness, the amount of Mn needs to be more than 0.50 mass%. The Mn is slightly higher than the Mn amount of 0.3 to 0.5 mass% of the steel for hot molds that is generally commercially available. The amount of Mn is more preferably more than 0.53 mass%, more preferably more than 0.56 mass%.
On the other hand, when the amount of Mn becomes excessive, the thermal conductivity decreases (see FIG. 4). Further, the toughness decreases depending on the tempering temperature and the type and amount of impurity elements. Therefore, the amount of Mn needs to be less than 1.18 mass%. The amount of Mn is more preferably less than 1.05 mass%, and more preferably less than 0.95 mass%.

(4) 0.015<P<0.050mass%:
Pは、高温強度の向上に有効である。P量が少ないと、強度上昇の効果が小さい(図5参照)。高い高温強度を得るためには、P量は、0.015mass%超である必要がある。P量は、さらに好ましくは、0.016mass%超、さらに好ましくは、0.017mass%超である。
一方、P量が過剰になると、靱性が低下する(図6参照)。従って、P量は、0.050mass%未満である必要がある。P量は、さらに好ましくは、0.040mass%未満、さらに好ましくは、0.035mass%未満である。
(4) 0.015 <P <0.050 mass%:
P is effective for improving the high temperature strength. When the amount of P is small, the effect of increasing the strength is small (see FIG. 5). In order to obtain high high-temperature strength, the amount of P needs to be more than 0.015 mass%. The amount of P is more preferably more than 0.016 mass%, and more preferably more than 0.017 mass%.
On the other hand, when the amount of P becomes excessive, toughness decreases (see FIG. 6). Therefore, the amount of P needs to be less than 0.050 mass%. The amount of P is more preferably less than 0.040 mass%, and still more preferably less than 0.035 mass%.

(5) 5.36<Cr<5.92mass%:
Cr量が少ないと、高温強度、耐食性、及び焼入れ性(図7参照)が不足する。高温強度、耐食性及び焼入れ性を向上させるためには、Cr量は、5.36mass%超である必要がある。Cr量は、さらに好ましくは、5.38mass%超、さらに好ましくは、5.40mass%超である。
一方、Cr量が過剰になると、熱伝導率が低下する(図8参照)。熱伝導率が低下すると、金型の表面温度が上昇し(図9参照)、摩耗が進行しやすくなる。さらに、Cr量が過剰になると、焼入れ時にパーライトが析出しやすくなる。パーライトが析出すると、靱性が低下する。従って、Cr量は、5.92mass%未満である必要がある。Cr量は、さらに好ましくは、5.88mass%未満、さらに好ましくは、5.84mass%未満である。
(5) 5.36 <Cr <5.92 mass%:
If the amount of Cr is small, the high temperature strength, corrosion resistance, and hardenability (see FIG. 7) are insufficient. In order to improve the high temperature strength, corrosion resistance, and hardenability, the Cr amount needs to be more than 5.36 mass%. The amount of Cr is more preferably more than 5.38 mass%, and still more preferably more than 5.40 mass%.
On the other hand, when the amount of Cr becomes excessive, the thermal conductivity decreases (see FIG. 8). When the thermal conductivity is lowered, the surface temperature of the mold rises (see FIG. 9), and wear easily proceeds. Furthermore, when the amount of Cr is excessive, pearlite is likely to precipitate during quenching. When pearlite precipitates, the toughness decreases. Therefore, the Cr amount needs to be less than 5.92 mass%. The amount of Cr is more preferably less than 5.88 mass%, and still more preferably less than 5.84 mass%.

(6) 0.98<Mo<1.37mass%:
Mo量が少ないと、焼戻し時の2次効果による硬さ確保が難しく、高温強度も不十分となる。硬さ及び高温強度を向上させるためには、Mo量は、0.98mass%超である必要がある。Mo量は、さらに好ましくは、1.01mass%超、さらに好ましくは、1.04mass%超である。
一方、Mo量が過剰になると、破壊靱性値の低下が大きくなる。また、素材コストも高くなる。従って、Mo量は、1.37mass%未満である必要がある。Mo量は、さらに好ましくは、1.35mass%未満、さらに好ましくは、1.33mass%未満である。
(6) 0.98 <Mo <1.37 mass%:
When the amount of Mo is small, it is difficult to secure hardness due to the secondary effect during tempering, and the high temperature strength becomes insufficient. In order to improve hardness and high-temperature strength, the Mo amount needs to be more than 0.98 mass%. The amount of Mo is more preferably more than 1.01 mass%, more preferably more than 1.04 mass%.
On the other hand, when the amount of Mo becomes excessive, the fracture toughness value decreases greatly. In addition, the material cost increases. Therefore, the Mo amount needs to be less than 1.37 mass%. The amount of Mo is more preferably less than 1.35 mass%, and more preferably less than 1.33 mass%.

(7) 0.30<V<0.72mass%:
V量が少ないと、焼入れ時に残留するV系の微細粒子(炭化物や炭窒化物)が少なくなる。そのため、γ粒界の移動を抑制することが困難となり、γ結晶粒が粗大化して靱性が低下する。また、焼戻し時の2次効果による硬さ確保が難しく、高温強度も不十分となる。靱性、硬さ、及び高温強度を向上させるためには、V量は、0.30mass%超である必要がある。V量は、さらに好ましくは、0.50mass%超である。
一方、V量が過剰になると、鋳造後の凝固時に晶出する炭化物が増え、靱性を低下させる。また、素材コストも高くなる。従って、V量は、0.72mass%未満である必要がある。V量は、さらに好ましくは、0.68mass%未満である。
(7) 0.30 <V <0.72 mass%:
When the amount of V is small, V-based fine particles (carbides and carbonitrides) remaining during quenching are reduced. For this reason, it becomes difficult to suppress the movement of the γ grain boundary, the γ crystal grains become coarse and the toughness decreases. Moreover, it is difficult to ensure hardness due to the secondary effect during tempering, and the high-temperature strength is insufficient. In order to improve toughness, hardness, and high-temperature strength, the V amount needs to be more than 0.30 mass%. The amount of V is more preferably more than 0.50 mass%.
On the other hand, when the amount of V becomes excessive, carbides that crystallize during solidification after casting increase and the toughness decreases. In addition, the material cost increases. Therefore, the V amount needs to be less than 0.72 mass%. The amount of V is more preferably less than 0.68 mass%.

(8) 0.0150<N<0.0800mass%:
N量が少ないと、焼入れ時に残留するV系の微細粒子(炭化物や炭窒化物)が少なくなる。そのため、γ粒界の移動を抑制することが困難となり、γ粒が粗大化して靱性を低下させる(図10参照)。靱性を向上させるためには、N量は、0.0150mass%超である必要がある。N量は、さらに好ましくは、0.0155mass%超、さらに好ましくは、0.0160mass%超である。
一方、N量が過剰になると、鋳造後の凝固時に晶出するV系の粗大な粒子(炭化物や炭窒化物)が多くなり、これが亀裂の起点や伝搬経路となって靱性を低下させる。また、N量が過剰になると、窒素添加のためのコストが増大する。従って、N量は、0.0800mass%未満である必要がある。N量は、さらに好ましくは、0.0700mass%未満、さらに好ましくは、0.0500mass%未満である。
(8) 0.0150 <N <0.0800 mass%:
When the amount of N is small, V-based fine particles (carbides and carbonitrides) remaining during quenching are reduced. Therefore, it becomes difficult to suppress the movement of the γ grain boundary, and the γ grain becomes coarse and the toughness is lowered (see FIG. 10). In order to improve toughness, the amount of N needs to be more than 0.0150 mass%. The amount of N is more preferably more than 0.0155 mass%, more preferably more than 0.0160 mass%.
On the other hand, when the amount of N is excessive, V-based coarse particles (carbides and carbonitrides) that crystallize during solidification after casting increase, which acts as a crack starting point and propagation path, and reduces toughness. Further, when the amount of N becomes excessive, the cost for adding nitrogen increases. Therefore, the N amount needs to be less than 0.0800 mass%. The N amount is more preferably less than 0.0700 mass%, more preferably less than 0.0500 mass%.

[1.2. 不可避的不純物]
本発明に係る金型用鋼は、前記不可避的不純物として、
S≦0.003mass%、
Cu≦0.30mass%、
Ni≦0.50mass%、
Al≦0.10mass%、
W≦0.10mass%、
O≦0.01mass%、
Co≦0.10mass%、
Nb≦0.004mass%、
Ta≦0.004mass%、
Ti≦0.004mass%、
Zr≦0.004mass%、
B≦0.0001mass%、
Ca≦0.0005mass%、
Se≦0.03mass%、
Te≦0.005mass%、
Bi≦0.01mass%、
Pb≦0.03mass%、又は、
Mg≦0.02mass%
を含んでいても良い。
[1.2. Inevitable impurities]
Mold steel according to the present invention, as the inevitable impurities,
S ≦ 0.003 mass%,
Cu ≦ 0.30 mass%,
Ni ≦ 0.50 mass%,
Al ≦ 0.10 mass%,
W ≦ 0.10 mass%,
O ≦ 0.01 mass%,
Co ≦ 0.10 mass%,
Nb ≦ 0.004 mass%,
Ta ≦ 0.004 mass%,
Ti ≦ 0.004 mass%,
Zr ≦ 0.004 mass%,
B ≦ 0.0001 mass%,
Ca ≦ 0.0005 mass%,
Se ≦ 0.03 mass%,
Te ≦ 0.005 mass%,
Bi ≦ 0.01 mass%,
Pb ≦ 0.03 mass%, or
Mg ≦ 0.02mass%
May be included.

本発明に係る金型用鋼は、上述した1又は2以上の元素を含んでいても良い。上記元素の含有量が上記の上限値以下である場合、その元素は、不可避的不純物として振る舞う。
一方、上記元素の一部は、上記の上限値を超えて含まれていても良い。この場合、元素の種類及び含有量に応じて、以下のような効果が得られる。
The mold steel according to the present invention may contain one or more elements as described above. When the content of the element is not more than the above upper limit value, the element behaves as an inevitable impurity.
On the other hand, a part of the element may be contained exceeding the upper limit. In this case, the following effects are obtained according to the type and content of the element.

[1.3. 副構成元素]
本発明に係る金型用鋼は、上述した主構成元素に加えて、以下のような1又は2以上の元素をさらに含んでいても良い。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
[1.3. Sub-constituent elements]
In addition to the main constituent elements described above, the mold steel according to the present invention may further contain one or more elements as described below. The kind of additive element, its component range, and the reason for limitation are as follows.

(1) 0.50<Ni≦4.50mass%:
近年、部品の大型化や一体化によって、金型のサイズは大きくなる傾向にある。大きな金型は冷却され難い。このため、焼入れ性が低い鋼材からなる大きな金型を焼入れると、焼入れ中にフェライト、パーライト、あるいは粗大ベイナイトが析出して各種特性が劣化する。
(1) 0.50 <Ni ≦ 4.50 mass%:
In recent years, the size of molds tends to increase as parts become larger and integrated. Large molds are difficult to cool. For this reason, when a large mold made of a steel material with low hardenability is quenched, ferrite, pearlite, or coarse bainite precipitates during the quenching, and various properties deteriorate.

一般には、Mnを増量して焼入れ性を改善することが多い。しかし、Mnのみを過度に増やすと、焼戻し温度や不純物元素の種類や量によっては、靱性が低下(焼戻し脆化)することがある。そのような懸念に対しては、Niを添加して焼入れ性を高めればよい。そのためには、Ni量は、0.50mass%超が好ましい。Ni量は、さらに好ましくは、0.53mass%超、さらに好ましくは、0.56mass%超である。
一方、Ni量が過剰になると、熱伝導率の低下、コストの増加、焼鈍による軟質化が困難となり被削性が下がる、という問題がある。従って、Ni量は、4.50mass%以下が好ましい。Ni量は、さらに好ましくは、3.30mass%以下である。
In general, the amount of Mn is often increased to improve the hardenability. However, if Mn alone is excessively increased, the toughness may decrease (tempering embrittlement) depending on the tempering temperature and the type and amount of the impurity element. For such a concern, Ni may be added to enhance the hardenability. For this purpose, the Ni amount is preferably more than 0.50 mass%. The amount of Ni is more preferably more than 0.53 mass%, more preferably more than 0.56 mass%.
On the other hand, when the amount of Ni becomes excessive, there are problems that the thermal conductivity is lowered, the cost is increased, and the softening by annealing is difficult and the machinability is lowered. Therefore, the amount of Ni is preferably 4.50 mass% or less. The amount of Ni is more preferably 3.30 mass% or less.

(2) 0.30<Cu≦2.00mass%:
Cuは、焼入れ性を高める効果があるため、添加しても良い。また、Cuには、時効析出で強度を高める効果もある。このような効果を得るためには、Cu量は、0.30mass%超が好ましい。Cu量は、さらに好ましくは、0.50mass%以上である。
一方、Cu量が過剰になると、熱伝導率の低下、コストの増加、焼鈍による軟質化が困難となり被削性が下がる、という問題がある。従って、Cu量は、2.00mass%以下が好ましい。Cu量は、さらに好ましくは、1.50mass%以下である。
(2) 0.30 <Cu ≦ 2.00 mass%:
Since Cu has an effect of improving hardenability, Cu may be added. Cu also has the effect of increasing strength by aging precipitation. In order to obtain such an effect, the amount of Cu is preferably more than 0.30 mass%. The amount of Cu is more preferably 0.50 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Cu is excessive, there is a problem that the thermal conductivity is lowered, the cost is increased, and the softening by annealing is difficult and the machinability is lowered. Therefore, the amount of Cu is preferably 2.00 mass% or less. The amount of Cu is more preferably 1.50 mass% or less.

(3) 0.10<Al<1.50mass%:
Alは、Nと結合してAlNを形成し、オーステナイト結晶粒界の移動(すなわち、粒成長)を抑制する効果を有する。また、Alは、Niと金属間化合物を形成して鋼材の強度を高める効果もある。さらに、Alは、窒化物を形成して析出硬化に寄与するため、窒化処理された鋼材の表面硬さを高くする作用も有する。より高い摩耗性を求めて窒化処理する金型や部品には、Alを含む鋼材を使うことが有効である。このような効果を得るためには、Al量は、0.10mass%超が好ましい。Al量は、さらに好ましくは、0.11mass%超、さらに好ましくは、0.12mass%超である。
一方、Al量が過剰になると、熱伝導率の低下、靱性低下、という問題がある。従って、Al量は、1.50mass%未満が好ましい。Al量は、さらに好ましくは、1.40mass%未満、さらに好ましくは、1.30mass%未満である。
(3) 0.10 <Al <1.50 mass%:
Al combines with N to form AlN, and has the effect of suppressing the movement of austenite grain boundaries (ie, grain growth). Al also has the effect of increasing the strength of steel by forming an intermetallic compound with Ni. Furthermore, Al contributes to precipitation hardening by forming a nitride, and thus has an effect of increasing the surface hardness of the nitrided steel material. It is effective to use a steel material containing Al for molds and parts that are subjected to nitriding for higher wear. In order to obtain such an effect, the amount of Al is preferably more than 0.10 mass%. The amount of Al is more preferably more than 0.11 mass%, more preferably more than 0.12 mass%.
On the other hand, when the amount of Al becomes excessive, there is a problem that the thermal conductivity is lowered and the toughness is lowered. Therefore, the amount of Al is preferably less than 1.50 mass%. The amount of Al is more preferably less than 1.40 mass%, and more preferably less than 1.30 mass%.

(4) 0.003<S≦0.250mass%:
(5) 0.0005<Ca≦0.2000mass%:
(6) 0.03<Se≦0.50mass%:
(7) 0.005<Te≦0.100mass%:
(8) 0.01<Bi≦0.50mass%:
(9) 0.03<Pb≦0.50mass%:
本発明に係る金型用鋼は、Si量が少ないため、機械加工性がやや悪い。加工性を改善するためには、S、Ca、Se、Te、Bi、及び、Pbのいずれか1種又は2種以上を添加するのが好ましい。また、上記各元素の量は、それぞれ、上記の下限値を超える量が好ましい。
一方、これらの元素量が過剰になると、金型素材を熱間加工する際に割れやすくなるという問題がある。従って、上記各元素の量は、それぞれ、上記の上限値以下が好ましい。
(4) 0.003 <S ≦ 0.250 mass%:
(5) 0.0005 <Ca ≦ 0.2000 mass%:
(6) 0.03 <Se ≦ 0.50 mass%:
(7) 0.005 <Te ≦ 0.100 mass%:
(8) 0.01 <Bi ≦ 0.50 mass%:
(9) 0.03 <Pb ≦ 0.50 mass%:
The mold steel according to the present invention has a slightly poor machinability due to a small amount of Si. In order to improve workability, it is preferable to add one or more of S, Ca, Se, Te, Bi, and Pb. Further, the amount of each element is preferably an amount exceeding the lower limit value.
On the other hand, when the amount of these elements is excessive, there is a problem that the mold material is easily cracked when hot working. Therefore, the amount of each element is preferably not more than the above upper limit value.

(10) 0.004<Nb≦0.100mass%:
(11) 0.004<Ta≦0.100mass%:
(12) 0.004<Ti≦0.100mass%:
(13) 0.004<Zr≦0.100mass%:
予期せぬ設備トラブルなどによって、焼入れ加熱温度が高くなったり焼入れ加熱時間が長くなると、結晶粒の粗大化による各種特性の劣化が懸念される。そのような場合に備えて、Nb、Ta、Ti、及び、Zrのいずれか1種又は2種以上を添加するのが好ましい。これらの元素を添加すると、これらの元素が形成する微細な析出物でオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制することができる。このような効果を得るためには、上記各元素の量は、それぞれ、上記の下限値を超える量が好ましい。
一方、これらの元素量が過剰になると、析出物が粗大化して破壊の起点となり靱性が低下するという問題がある。従って、上記各元素の量は、それぞれ、上記の上限値以下が好ましい。
(10) 0.004 <Nb ≦ 0.100 mass%:
(11) 0.004 <Ta ≦ 0.100 mass%:
(12) 0.004 <Ti ≦ 0.100 mass%:
(13) 0.004 <Zr ≦ 0.100 mass%:
If the quenching heating temperature becomes high or the quenching heating time becomes long due to unexpected equipment troubles, etc., there is a concern about deterioration of various characteristics due to coarsening of crystal grains. In preparation for such a case, it is preferable to add one or more of Nb, Ta, Ti, and Zr. When these elements are added, coarsening of austenite crystal grains can be suppressed by fine precipitates formed by these elements. In order to obtain such an effect, the amount of each element is preferably an amount exceeding the above lower limit value.
On the other hand, when the amount of these elements becomes excessive, the precipitates become coarse, and there is a problem that the toughness is lowered as a starting point of fracture. Therefore, the amount of each element is preferably not more than the above upper limit value.

(14) 0.0001<B≦0.0050mass%:
Bは、焼入れ性を改善する効果がある。このような効果を得るためには、B量は、0.0001mass%超が好ましい。B量は、さらに好ましくは、0.0002mass%超、さらに好ましくは、0.0003mass%超である。
一方、B量が過剰になると、かえって焼入れ性が低下する。従って、B量は、0.0050mass%以下が好ましい。
Bは、焼入れ性を高め、あるいは、被削性を改善するために添加することができる。Bは、鋼中のNと結合してBNを形成しやすい。焼入れ性を改善する場合には、Bを鋼中で単独で存在させるため、BよりもNと結合しやすいNb、Ta、Ti、Zrなどを適量添加して、これらの窒化物としてNを固定する。なお、Nb、Ta、Ti、Zrなどを添加せず、Bが鋼中のNと結合してBNが形成されても、余剰のBが鋼中に単独で存在すれば、それが焼入れ性を高める。
被削性を改善する場合には、BNを形成させればよい。BNは、性質が黒鉛に類似しており、切削抵抗を下げると同時に、切屑破砕性を改善する。
なお、鋼中にBとBNがある場合には、焼入れ性と被削性が同時に改善される。
(14) 0.0001 <B ≦ 0.0050 mass%:
B has an effect of improving hardenability. In order to obtain such an effect, the amount of B is preferably more than 0.0001 mass%. The amount of B is more preferably more than 0.0002 mass%, more preferably more than 0.0003 mass%.
On the other hand, when the amount of B becomes excessive, the hardenability is lowered. Therefore, the amount of B is preferably 0.0050 mass% or less.
B can be added to improve hardenability or improve machinability. B is easy to combine with N in steel to form BN. In order to improve hardenability, since B exists alone in the steel, an appropriate amount of Nb, Ta, Ti, Zr, etc., which is easier to bond with N than B, is added, and N is fixed as these nitrides. To do. Note that Nb, Ta, Ti, Zr, etc. are not added, and even if B is combined with N in the steel to form BN, if excess B is present alone in the steel, it has hardenability. Increase.
In order to improve machinability, BN may be formed. BN is similar in nature to graphite and reduces cutting resistance while improving chip crushability.
In addition, when B and BN exist in steel, hardenability and machinability are improved simultaneously.

(15) 0.10<W≦5.00mass%:
(16) 0.10<Co≦4.00mass%:
高強度化にはC量の増量が有効であるが、過度のC増量は上述した悪影響がある。そのような不具合を招くことなく高強度化するには、W及び/又はCoを選択的に添加すればよい。
(15) 0.10 <W ≦ 5.00 mass%:
(16) 0.10 <Co ≦ 4.00 mass%:
An increase in the amount of C is effective for increasing the strength, but an excessive increase in the amount of C has the above-mentioned adverse effects. In order to increase the strength without incurring such problems, W and / or Co may be selectively added.

Wは、炭化物の微細析出によって強度を上げる。このような効果を得るためには、W量は、0.10mass%超が好ましい。W量は、さらに好ましくは、0.30mass%以上である。
一方、W量が過剰になると、コストが上昇する。従って、W量は、5.00mass%以下が好ましい。W量は、さらに好ましくは、4.00mass%以下である。
W increases the strength by fine precipitation of carbides. In order to obtain such an effect, the amount of W is preferably more than 0.10 mass%. The amount of W is more preferably 0.30 mass% or more.
On the other hand, when the amount of W becomes excessive, the cost increases. Therefore, the amount of W is preferably 5.00 mass% or less. The amount of W is more preferably 4.00 mass% or less.

Coは、母材への固溶によって強度を上げると同時に、炭化物形態の変化を介して析出硬化にも寄与する。このような効果を得るためには、Co量は、0.10mass%超が好ましい。Co量は、さらに好ましくは、0.30mass%以上である。
一方、Co量が過剰になると、コスト上昇、熱伝導率低下、という問題がある。従って、Co量は、4.00mass%以下が好ましい。Co量は、さらに好ましくは、3.00mass%以下である。
Co increases the strength by solid solution in the base material, and at the same time contributes to precipitation hardening through changes in the form of carbide. In order to obtain such an effect, the amount of Co is preferably more than 0.10 mass%. More preferably, the amount of Co is 0.30 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Co becomes excessive, there are problems that the cost increases and the thermal conductivity decreases. Therefore, the amount of Co is preferably 4.00 mass% or less. More preferably, the amount of Co is 3.00 mass% or less.

[2. 温熱間金型]
本発明に係る温熱間金型は、本発明に係る金型用鋼を用いたものからなる。金型の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。本発明に係る金型用鋼は、強度や靱性を低下させることなく、焼入れ性を高めているので、特に大型の金型に好適である。
[2. Hot and hot mold]
The hot mold according to the present invention is made of the mold steel according to the present invention. The shape and size of the mold are not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the purpose. The mold steel according to the present invention is particularly suitable for a large mold because it has improved hardenability without reducing strength and toughness.

本発明に係る金型用鋼は、具体的には、熱間鍛造、亜熱間鍛造、温間鍛造、ダイカスト、鋼板のホットプレス(ホットスタンプ、ダイクエンチ、プレスクエンチとも呼ばれる)、プラスチック射出成型などに用いられる金型、又は、その部品の材料として好適である。
また、本発明に係る金型用鋼は、棒材や線材の状態で溶接材として使用することもできる。その際、補修される金型の化学成分は、本発明に係る金型用鋼の範囲と異なっていても良く、あるいは、その範囲内であっても良い。
さらに、本発明に係る金型用鋼を用いた金型又はその部品に対して、表面改質処理(ショットブラスト、サンドブラスト、窒化、PVD、CVD、メッキなど)と組み合わせることも有効である。
Specifically, the mold steel according to the present invention includes hot forging, sub-hot forging, warm forging, die casting, hot pressing of steel plates (also called hot stamping, die quenching, press quenching), plastic injection molding, and the like. It is suitable as a material used for a mold or a part thereof.
Moreover, the steel for metal mold | die which concerns on this invention can also be used as a welding material in the state of a bar and a wire. At that time, the chemical component of the mold to be repaired may be different from or within the range of the mold steel according to the present invention.
Further, it is also effective to combine a surface modification treatment (shot blasting, sand blasting, nitriding, PVD, CVD, plating, etc.) on the mold using the mold steel according to the present invention or its parts.

[3. 金型用鋼及び温熱間金型の製造方法]
本発明に係る金型用鋼は、
(1)所定の成分となるように配合した原料を溶解・鋳造し、
(2)鋳塊の均質化処理を行った後、熱間鍛造し、
(3)焼きならしを行い、
(4)焼鈍を行う
ことにより製造することができる。この場合、各工程の条件は、金型用鋼の組成に応じて、最適な条件を選択するのが好ましい。
[3. Manufacturing method of steel for mold and hot mold]
The mold steel according to the present invention is:
(1) Melting and casting the raw materials blended so as to become predetermined components,
(2) After forging the ingot, hot forging,
(3) Perform normalization,
(4) It can be manufactured by annealing. In this case, it is preferable to select the optimum conditions for each step according to the composition of the mold steel.

このような通常製法(溶解→精錬→鋳造→塑性加工→軟化熱処理)を経た材料に対して、機械加工と、焼入れ及び焼戻しと、仕上げの機械加工を施すと(いわゆる、粗加工→調質→仕上げ加工)、本発明に係る温熱間金型又はその部品が得られる。また、通常製法を経た素材を焼入れ焼戻した後に、直接、金型形状に仕上げの機械加工を施すと(いわゆる、プレハードン材からの削り出し)、本発明に係る温熱間金型又はその部品が得られる。
あるいは、本発明に係る金型用鋼からなる粉末や板材から、積層造形法によって金型又はその部品を製造しても良い。
When materials such as normal processing (melting → refining → casting → plastic processing → softening heat treatment) are subjected to machining, quenching and tempering, and finishing machining (so-called rough processing → tempering → Finishing), the hot mold according to the present invention or its parts can be obtained. In addition, after quenching and tempering a raw material that has undergone a normal manufacturing method, machining of the mold shape is directly performed (so-called cutting out from a pre-hardened material) to obtain the hot mold or its parts according to the present invention. It is done.
Or you may manufacture a metal mold | die or its components from the powder and board | plate material which consist of steel for metal mold | die which concerns on this invention by an additive manufacturing method.

[4. 作用]
温熱間金型には、上述したように、
(a)金型の低廉化、
(b)加工時における割れ(大割れ)の回避、
(c)加工時における摩耗の抑制、
の3点が求められる。
[4. Action]
As mentioned above, the hot mold is
(A) Lower mold cost,
(B) Avoiding cracks (large cracks) during processing,
(C) suppression of wear during processing;
3 points are required.

本発明において、「低廉化」のために、MoやVのような高価な希少元素の使用量を減らした。本発明のMoとVの合計量は、1.3〜2.1mass%である。MoとVの合計量は、JIS SKD61では1.8〜2.7mass%、市販の高性能鋼では2.4〜4.3mass%と多い。   In the present invention, the amount of expensive rare elements such as Mo and V is reduced in order to reduce costs. The total amount of Mo and V of the present invention is 1.3 to 2.1 mass%. The total amount of Mo and V is as high as 1.8 to 2.7 mass% for JIS SKD61 and 2.4 to 4.3 mass% for commercially available high-performance steel.

本発明において、「割れ回避」のために、焼入れ性を高めて高靱性化した。近年、金型が大型化しており、焼入れ速度が低下している。焼入れ性が低下すると粗大ベイナイトが生成するために、靱性が低下して金型が割れやすくなる。本発明では、MnとCrの量を適正化することで焼入れ性を高めた。そのため、焼入れ速度が低下しても、すなわち大きな金型でも、高靱性が得られるようにした。   In the present invention, to prevent cracking, the hardenability is increased and the toughness is increased. In recent years, molds have become larger and the quenching speed has decreased. When the hardenability is lowered, coarse bainite is generated, so that the toughness is lowered and the mold is easily cracked. In the present invention, the hardenability is enhanced by optimizing the amounts of Mn and Cr. Therefore, high toughness can be obtained even when the quenching speed is lowered, that is, even in a large mold.

本発明において、「摩耗抑制」のために、
(A)高温強度を高める、
(B)金型表面の温度上昇を抑制する、
の2方策を採った。
(A)は、従来と同じ思想であるが、低Si化という新たな手法を取り入れた。従来、高温強度の向上は、MoやVを増量することで実現されていた。本発明では、Siを減量すると高温強度が上昇するという知見を利用し、MoやVを減量しても高温強度を高めることに成功している。
In the present invention, for "wear suppression",
(A) increase high temperature strength,
(B) suppress the temperature rise of the mold surface,
The following two measures were taken.
(A) is the same idea as before, but adopts a new technique of low Si. Conventionally, improvement in high-temperature strength has been realized by increasing the amount of Mo and V. In the present invention, the knowledge that the high-temperature strength increases when the amount of Si is reduced is utilized, and the high-temperature strength is successfully increased even if the amount of Mo or V is reduced.

(B)は、従来にはない新たな思想である。高温の被加工材と接触した金型表面には、非常に高温となる部位が発生する。高温になった部位は、強度が低くなるために、摩耗が顕在化する。
これに対し、金型表面の到達温度を下げれば、その分だけ強度が増すため、摩耗を抑制することができる。金型表面の到達温度は、金型の熱伝導率が高いほど低下する(図9参照)という知見を利用し、高熱伝導率となる化学成分を選択した。高熱伝導率で摩耗を抑制するという思想は、従来には全くなかった。
(B) is a new idea that has not existed before. On the surface of the mold that comes into contact with the high-temperature work material, a part that becomes extremely hot is generated. Since the strength of the portion that has become high becomes low, wear becomes obvious.
On the other hand, if the temperature reached on the mold surface is lowered, the strength increases accordingly, so that wear can be suppressed. Using the knowledge that the ultimate temperature of the mold surface decreases as the thermal conductivity of the mold increases (see FIG. 9), a chemical component having a high thermal conductivity was selected. There has never been a concept of suppressing wear with high thermal conductivity.

以上によって、温熱間金型に求められる、低廉化、割れ回避、摩耗抑制、の3点を同時に実現した。本発明に係る金型用鋼は、焼入れ性と熱伝導率が共に高く、しかも安価である。   As described above, the three points required for a hot mold, that is, low cost, avoidance of cracking, and suppression of wear, were simultaneously realized. The mold steel according to the present invention has high hardenability and thermal conductivity, and is inexpensive.

図11に、本発明に係る金型用鋼及び従来鋼の温度と強度との関係(イメージ図)を示す。低強度かつ低熱伝導率の従来鋼の金型表面が点Aの状態とすれば、非常に低強度で摩耗しやすい状態にある。一方、高強度かつ高熱伝導率である本発明に係る金型用鋼を用いた金型において、金型表面は、点Bの状態となる。すなわち、同一温度で比較した場合に従来鋼対比で高強度であることに加えて、金型表面温度が低下することによる強度上昇が加味される。その結果、点Aよりも極めて高強度で、摩耗しにくい状態となる。このようなメカニズムで本発明に係る金型用鋼の摩耗が抑制される。
もともと高温強度の高い鋼材であることに加え、高熱伝導率で金型表面の到達温度を下げて更に強度を高めて摩耗を抑制する、という思想が本発明の斬新さである。
In FIG. 11, the relationship (image figure) of the temperature and intensity | strength of the steel for metal mold | die which concerns on this invention, and conventional steel is shown. If the mold surface of a conventional steel having low strength and low thermal conductivity is in the state of point A, it is in a state where it is very low in strength and easily worn. On the other hand, in the mold using the mold steel according to the present invention having high strength and high thermal conductivity, the mold surface is in a point B state. That is, when compared at the same temperature, an increase in strength due to a decrease in the mold surface temperature is taken into account in addition to the high strength compared to the conventional steel. As a result, the strength is much higher than that of point A, and it is difficult to wear. With such a mechanism, wear of the mold steel according to the present invention is suppressed.
In addition to being a steel material with high high-temperature strength originally, the idea of lowering the ultimate temperature of the mold surface with high thermal conductivity and further increasing the strength to suppress wear is the novelty of the present invention.

(実施例1−1: 高温強度に及ぼすSiの影響)
[1. 試料の作製]
0.39C−0.81Mn−0.016P−5.73Cr−1.19Mo−0.58V−0.0192Nを基本成分とし、Si量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで45HRCとした。
(Example 1-1: Effect of Si on high temperature strength)
[1. Preparation of sample]
A steel test piece having 0.39C-0.81Mn-0.016P-5.73Cr-1.19Mo-0.58V-0.0192N as a basic component and varying the amount of Si was prepared. The test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 45 HRC.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、600℃に加熱保持して引張試験を行った。図1に、高温強度に及ぼすSiの影響を示す。図1より、Si量の減量によって高強度化することが分かる。高温強度を高めるためには、Siは、少ない方が良い。
[2. Test method and results]
Using the obtained test piece, a tensile test was performed by heating and holding at 600 ° C. FIG. 1 shows the influence of Si on the high temperature strength. From FIG. 1, it can be seen that the strength is increased by reducing the Si amount. In order to increase the high-temperature strength, less Si is better.

(実施例1−2: 熱伝導率に及ぼすSiの影響)
[1. 試料の作製]
0.44C−0.89Mn−0.017P−5.73Cr−1.21Mo−0.59V−0.0203Nを基本成分とし、Si量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで43HRCとした。
(Example 1-2: Effect of Si on thermal conductivity)
[1. Preparation of sample]
Test pieces of steel having 0.44C-0.89Mn-0.017P-5.73Cr-1.21Mo-0.59V-0.0203N as a basic component and varying the amount of Si were prepared. This test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 43 HRC.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により、25℃で熱伝導率を測定した。図2に、熱伝導率に及ぼすSiの影響を示す。図2より、Si量の減少によって、高熱伝導率化することがわかる。熱伝導率が27.0W/m/K以上になると、高温の被加工材と接触した金型表面の温度上昇を抑制する効果が大きい。図2より、安定して27.0W/m/K以上の熱伝導率を得るためには、Si<0.15mass%とすれば良いことがわかる。
[2. Test method and results]
Using the obtained test piece, the thermal conductivity was measured at 25 ° C. by a laser flash method. FIG. 2 shows the influence of Si on the thermal conductivity. As can be seen from FIG. 2, the thermal conductivity increases as the Si amount decreases. When the thermal conductivity is 27.0 W / m / K or more, the effect of suppressing the temperature rise on the mold surface in contact with the high temperature workpiece is large. FIG. 2 shows that in order to obtain a thermal conductivity of 27.0 W / m / K or more stably, it is sufficient to set Si <0.15 mass%.

(実施例1−3: 靱性に及ぼすMnの影響)
[1. 試料の作製]
0.37C−0.08Si−0.017P−5.52Cr−1.30Mo−0.60V−0.0187Nを基本成分とし、Mn量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで48HRCとした。焼入れは、550℃までの冷却速度を20℃/min、550℃から100℃までの冷却速度を0.5℃/minとし、大断面金型の焼入れを模擬した。
(Example 1-3: Effect of Mn on toughness)
[1. Preparation of sample]
Steel test pieces having 0.37C-0.08Si-0.017P-5.52Cr-1.30Mo-0.60V-0.0187N as basic components and varying the amount of Mn were prepared. The test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 48 HRC. For quenching, the cooling rate to 550 ° C. was set to 20 ° C./min, and the cooling rate from 550 ° C. to 100 ° C. was set to 0.5 ° C./min.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、室温で衝撃値を評価した。図3に、衝撃値(靱性)に及ぼすMnの影響を示す。図3より、Mn量が多くなるほど、衝撃値が高くなることがわかる。衝撃値が20J/cm2以上では、金型の大割れの危険性がかなり低減される。図3より、安定して20J/cm2以上の衝撃値を得るためには、0.5mass%<Mnとすれば良いことが分かる。
[2. Test method and results]
The impact value was evaluated at room temperature using the obtained test piece. FIG. 3 shows the influence of Mn on the impact value (toughness). FIG. 3 shows that the impact value increases as the amount of Mn increases. When the impact value is 20 J / cm 2 or more, the risk of large cracks in the mold is considerably reduced. From FIG. 3, it is understood that 0.5 mass% <Mn should be satisfied in order to stably obtain an impact value of 20 J / cm 2 or more.

(実施例1−4: 熱伝導率に及ぼすMnの影響)
[1. 試料の作製]
0.40C−0.14Si−0.018P−5.75Cr−1.23Mo−0.61V−0.0172Nを基本成分とし、Mn量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで43HRCとした。
(Example 1-4: Effect of Mn on thermal conductivity)
[1. Preparation of sample]
Test pieces of steel having 0.40C-0.14Si-0.018P-5.75Cr-1.23Mo-0.61V-0.0172N as basic components and varying the amount of Mn were prepared. This test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 43 HRC.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により、25℃で熱伝導率を測定した。図4に、熱伝導率に及ぼすMnの影響を示す。図4より、Mn量の減少によって、高熱伝導率化することがわかる。熱伝導率が27.0W/m/K以上になると、高温の被加工材と接触した金型表面の温度上昇を抑制する効果が大きい。図4より、安定して27.0W/m/K以上の熱伝導率を得るためには、Mn<1.18mass%とすれば良いことがわかる。
[2. Test method and results]
Using the obtained test piece, the thermal conductivity was measured at 25 ° C. by a laser flash method. FIG. 4 shows the influence of Mn on the thermal conductivity. As can be seen from FIG. 4, the thermal conductivity increases as the amount of Mn decreases. When the thermal conductivity is 27.0 W / m / K or more, the effect of suppressing the temperature rise on the mold surface in contact with the high temperature workpiece is large. From FIG. 4, it is understood that Mn <1.18 mass% may be used in order to stably obtain a thermal conductivity of 27.0 W / m / K or more.

(実施例1−5: 高温強度に及ぼすPの影響)
[1. 試料の作製]
0.38C−0.09Si−0.81Mn−5.71Cr−1.02Mo−0.55V−0.0213Nを基本成分とし、P量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで45HRCとした。
(Example 1-5: Effect of P on high temperature strength)
[1. Preparation of sample]
Test pieces of steel having 0.38C-0.09Si-0.81Mn-5.71Cr-1.02Mo-0.55V-0.0213N as a basic component and varying the amount of P were prepared. The test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 45 HRC.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、600℃に加熱保持して引張試験を行った。図5に、高温強度に及ぼすPの影響を示す。図5より、高温強度の上昇は、0.015mass%<Pで顕在化することがわかる。低廉化のためにMoやVを低減すると、高温強度が低下する。一方、上述した低Si化に加えてP添加を行うと、MoやVの低減に伴う高温強度の低下を補うことができる。
[2. Test method and results]
Using the obtained test piece, a tensile test was performed by heating and holding at 600 ° C. FIG. 5 shows the effect of P on the high temperature strength. From FIG. 5, it can be seen that the increase in high-temperature strength becomes apparent when 0.015 mass% <P. When Mo and V are reduced for cost reduction, the high temperature strength decreases. On the other hand, when P is added in addition to the above-described reduction of Si, the high temperature strength reduction accompanying the reduction of Mo and V can be compensated.

(実施例1−6: 靱性に及ぼすPの影響)
[1. 試料の作製]
0.36C−0.09Si−0.76Mn−5.53Cr−1.25Mo−0.60V−0.0193Nを基本成分とし、P量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで46HRCとした。焼入れは、550℃までの冷却速度を20℃/min、550℃から100℃までの冷却速度を0.5℃/minとし、大断面金型の焼入れを模擬した。
(Example 1-6: Effect of P on toughness)
[1. Preparation of sample]
Steel test pieces having 0.36C-0.09Si-0.76Mn-5.53Cr-1.25Mo-0.60V-0.0193N as basic components and varying the P content were prepared. The test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 46 HRC. For quenching, the cooling rate to 550 ° C. was set to 20 ° C./min, and the cooling rate from 550 ° C. to 100 ° C. was set to 0.5 ° C./min.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、室温で衝撃値を評価した。図6に、衝撃値(靱性)に及ぼすPの影響を示す。図6より、P量が多くなるほど、衝撃値が低くなることがわかる。衝撃値が20J/cm2以上では、金型の大割れの危険性がかなり低減される。図6より、安定して20J/cm2以上の衝撃値を得るためには、P<0.050mass%とすれば良いことが分かる。
[2. Test method and results]
The impact value was evaluated at room temperature using the obtained test piece. FIG. 6 shows the effect of P on the impact value (toughness). FIG. 6 indicates that the impact value decreases as the P amount increases. When the impact value is 20 J / cm 2 or more, the risk of large cracks in the mold is considerably reduced. From FIG. 6, it can be seen that P <0.050 mass% is sufficient to stably obtain an impact value of 20 J / cm 2 or more.

(実施例1−7: 靱性に及ぼすCrの影響)
[1. 試料の作製]
0.36C−0.09Si−0.83Mn−0.016P−1.12Mo−0.57V−0.0208Nを基本成分とし、Cr量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで48HRCとした。焼入れは、550℃までの冷却速度を20℃/min、550℃から100℃までの冷却速度を0.5℃/minとし、大断面金型の焼入れを模擬した。
(Example 1-7: Effect of Cr on toughness)
[1. Preparation of sample]
Steel test pieces having 0.36C-0.09Si-0.83Mn-0.016P-1.12Mo-0.57V-0.0208N as a basic component and varying the Cr content were prepared. The test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 48 HRC. For quenching, the cooling rate to 550 ° C. was set to 20 ° C./min, and the cooling rate from 550 ° C. to 100 ° C. was set to 0.5 ° C./min.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、室温で衝撃値を評価した。図7に、衝撃値(靱性)に及ぼすCrの影響を示す。図7より、Cr量が多くなるほど、衝撃値が高くなることがわかる。衝撃値が20J/cm2以上では、金型の大割れの危険性がかなり低減される。図7より、安定して20J/cm2以上の衝撃値を得るためには、5.36mass%<Crとすれば良いことが分かる。一般に市販されている5Cr系の温熱間金型用鋼のCr量4.9〜5.2mass%よりも、Crはやや高めとなる。
[2. Test method and results]
The impact value was evaluated at room temperature using the obtained test piece. FIG. 7 shows the effect of Cr on the impact value (toughness). FIG. 7 shows that the impact value increases as the Cr content increases. When the impact value is 20 J / cm 2 or more, the risk of large cracks in the mold is considerably reduced. From FIG. 7, it can be seen that 5.36 mass% <Cr is sufficient to stably obtain an impact value of 20 J / cm 2 or more. Cr is slightly higher than the Cr amount of 4.9 to 5.2 mass% of 5Cr-based hot and hot mold steels that are generally available on the market.

軟化抵抗が低下するため、Cr増量を嫌う場合もあるが、高温強度は、むしろCr増量で高くなる。軟化抵抗と高温強度は非対応であり、金型の摩耗を議論する場合に注目すべきは高温強度である。従って、靱性のみならず、高温強度においてもCr増量は望ましい。MoやVの低減による高温強度の低下を、低Si化と、P添加と、Cr増量による強度上昇で補う。   Since the softening resistance is lowered, the increase in Cr may be disliked, but the high-temperature strength is rather increased with the increase in Cr. Softening resistance and high temperature strength are incompatible, and high temperature strength should be noted when discussing mold wear. Therefore, Cr increase is desirable not only in toughness but also in high temperature strength. The decrease in high temperature strength due to the reduction of Mo and V is compensated by the increase in strength due to the reduction of Si, addition of P, and the increase of Cr.

(実施例1−8: 熱伝導率に及ぼすCrの影響)
[1. 試料の作製]
0.40C−0.14Si−1.05Mn−0.017P−1.18Mo−0.57V−0.0201Nを基本成分とし、Cr量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃から焼入れ、焼戻しで43HRCとした。
(Example 1-8: Effect of Cr on thermal conductivity)
[1. Preparation of sample]
Test pieces of steel having 0.40C-0.14Si-1.05Mn-0.017P-1.18Mo-0.57V-0.0201N as a basic component and varying the Cr content were prepared. This test piece was quenched from 1030 ° C. and tempered to 43 HRC.

[2. 試験方法及び結果]
得られた試験片を用いて、レーザーフラッシュ法により、25℃で熱伝導率を測定した。図8に、熱伝導率に及ぼすCrの影響を示す。図8より、Cr量の減少によって、高熱伝導率化することがわかる。熱伝導率が27.0W/m/K以上になると、高温の被加工材と接触した金型表面の温度上昇を抑制する効果が大きい。図8より、安定して27.0W/m/K以上の熱伝導率を得るためには、Cr<5.92mass%とすれば良いことがわかる。
[2. Test method and results]
Using the obtained test piece, the thermal conductivity was measured at 25 ° C. by a laser flash method. FIG. 8 shows the effect of Cr on the thermal conductivity. FIG. 8 shows that the thermal conductivity is increased by decreasing the Cr content. When the thermal conductivity is 27.0 W / m / K or more, the effect of suppressing the temperature rise on the mold surface in contact with the high temperature workpiece is large. From FIG. 8, it can be seen that Cr <5.92 mass% is sufficient to obtain a thermal conductivity of 27.0 W / m / K or more stably.

図9に、金型表面温度に及ぼす熱伝導率の影響を示す。図9は、1200℃に加熱した素材を鍛造した場合の、金型表面付近の最高到達温度を熱電対で測定した結果である。熱電対は、金型表面から深さ1mm位置に設置した。図9より、熱伝導率が高いと、金型表面温度が上昇しにくいことがわかる。この理由は、被加工材から流入した熱が金型内部へ散逸しやすく、表面に熱が滞留しにくいためである。   FIG. 9 shows the influence of thermal conductivity on the mold surface temperature. FIG. 9 shows the result of measuring the maximum temperature in the vicinity of the mold surface with a thermocouple when a material heated to 1200 ° C. is forged. The thermocouple was installed at a depth of 1 mm from the mold surface. From FIG. 9, it can be seen that when the thermal conductivity is high, the mold surface temperature hardly rises. This is because the heat flowing from the workpiece is easily dissipated into the mold, and the heat does not easily stay on the surface.

(実施例1−9: γ結晶粒径に及ぼすNの影響)
[1. 試料の作製]
0.35C−0.10Si−0.81Mn−0.017P−5.72Cr−1.18Mo−0.53Vを基本成分とし、N量を変化させた鋼の試験片を作製した。この試験片を1030℃で5hr保持した後に焼入れして、マルテンサイト組織とした。
(Example 1-9: Effect of N on γ crystal grain size)
[1. Preparation of sample]
Test pieces of steel having 0.35C-0.10Si-0.81Mn-0.017P-5.72Cr-1.18Mo-0.53V as a basic component and varying the amount of N were prepared. This test piece was kept at 1030 ° C. for 5 hours and then quenched to obtain a martensite structure.

[2. 試験方法及び結果]
腐食液で旧γ粒界を現出し、JIS G0551に準拠してγ粒度を評価した。図10に、γ結晶粒径に及ぼすNの影響を示す。図10より、結晶粒度はNの増加につれて大きくなる(結晶粒が微細化する)ことがわかる。今回の評価に用いた0.35C−0.53V鋼では、結晶粒度6以上が確保されることが好ましい。図10より、安定して粒度6以上を得るためには、0.015mass%<Nとすれば良いことが分かる。
[2. Test method and results]
The old γ grain boundary was revealed with the corrosive liquid, and the γ particle size was evaluated according to JIS G0551. FIG. 10 shows the influence of N on the γ crystal grain size. FIG. 10 shows that the crystal grain size increases as N increases (the crystal grains become finer). In the 0.35C-0.53V steel used for this evaluation, it is preferable that a crystal grain size of 6 or more is secured. From FIG. 10, it can be seen that 0.015 mass% <N may be obtained in order to stably obtain a particle size of 6 or more.

(実施例2−1〜2−10、比較例2−1〜2−5)
[1. 試料の作製]
テストに用いた鋼の化学成分を表1に示す。表中には記載していないが、本発明において不純物として規定した量の他元素が含まれる場合もある。比較例2−1は熱間ダイス鋼SKD61、比較例2−2は熱間ダイス鋼SKD7、比較例2−3〜2−5は鉄鋼メーカーが独自に開発・販売している熱間ダイス鋼である。比較例2−1〜2−5は、少なくとも3元素が本発明の範囲から外れている。
(Examples 2-1 to 2-10, Comparative Examples 2-1 to 2-5)
[1. Preparation of sample]
Table 1 shows the chemical composition of the steel used in the test. Although not described in the table, other elements may be included in the amounts defined as impurities in the present invention. Comparative Example 2-1 is hot die steel SKD61, Comparative Example 2-2 is hot die steel SKD7, and Comparative Examples 2-3 to 2-5 are hot die steels developed and sold independently by steel manufacturers. is there. In Comparative Examples 2-1 to 2-5, at least three elements are out of the scope of the present invention.

これらの鋼を7tonのインゴットに鋳込み、1240℃で24hrの均質化処理を行った。次いで、鍛造で矩形断面に仕上げ、100℃以下まで冷却した。その後、700℃で6hrの焼戻しを施し、引き続き900℃に加熱して600℃まで15℃/hrの冷却速度で冷却(焼鈍)した。以降は、室温まで放冷した。
この矩形材から、鍛造型用に400mm×500mm×800mm(約1240kg)のブロックを切り出した。さらに、矩形材の一部から、靱性、高温強度、熱伝導率を評価する試験片を作製するための素材を切り出した。
These steels were cast into a 7 ton ingot and homogenized at 1240 ° C. for 24 hours. Then, it was forged into a rectangular cross section by forging and cooled to 100 ° C. or lower. Thereafter, tempering was performed at 700 ° C. for 6 hours, followed by heating to 900 ° C. and cooling (annealing) to 600 ° C. at a cooling rate of 15 ° C./hr. Thereafter, it was allowed to cool to room temperature.
From this rectangular material, a block of 400 mm × 500 mm × 800 mm (about 1240 kg) was cut out for a forging die. Furthermore, the raw material for producing the test piece which evaluates toughness, high temperature strength, and heat conductivity was cut out from some rectangular materials.

Figure 2016017200
Figure 2016017200

[2. 試験方法]
[2.1. 基礎特性調査]
基礎特性として、靱性、高温強度、熱伝導率を調査した。
[2. Test method]
[2.1. Basic characteristics survey]
As basic characteristics, toughness, high-temperature strength, and thermal conductivity were investigated.

[2.1.1. 靱性(衝撃値)]
靱性調査用の試験片は、1030℃から焼入れ、焼戻しで43HRCとした。焼入れは、550℃までの冷却速度を20℃/min、550℃から100℃までの冷却速度を0.5℃/minとし、大断面金型の焼入れを模擬した。
衝撃値は、室温で評価した。衝撃値が20J/cm2以上では金型の大割れの危険性がかなり低減される。従って、判定としては、衝撃値が20J/cm2以上を「○」、20J/cm2未満を「×」とした。
[2.1.1. Toughness (impact value)]
The specimen for the toughness investigation was 43HRC by quenching and tempering from 1030 ° C. For quenching, the cooling rate to 550 ° C. was set to 20 ° C./min, and the cooling rate from 550 ° C. to 100 ° C. was set to 0.5 ° C./min.
The impact value was evaluated at room temperature. When the impact value is 20 J / cm 2 or more, the risk of large cracks in the mold is considerably reduced. Therefore, as the determination, an impact value of 20 J / cm 2 or more was “◯”, and an impact value of less than 20 J / cm 2 was “x”.

[2.1.2. 高温強度]
高温強度調査用の試験片も、衝撃試験片と同様の焼入れ焼戻しを施した。但し、焼戻し硬さは、45HRCとした。
高温強度の評価は、600℃で行った。高温強度が高いほど、摩耗は抑制される。従って、判定としては、引張強度が850MPa以上を「○」、820MPa以上850MPa未満を「△」、820MPa未満を「×」とした。
[2.1.2. High temperature strength]
The test piece for high-temperature strength investigation was also tempered in the same manner as the impact test piece. However, the tempering hardness was 45 HRC.
Evaluation of high temperature strength was performed at 600 degreeC. The higher the high temperature strength is, the more the wear is suppressed. Therefore, as a judgment, a tensile strength of 850 MPa or more was evaluated as “◯”, 820 MPa or more and less than 850 MPa as “Δ”, and less than 820 MPa as “x”.

[2.1.3. 熱伝導率]
熱伝導率調査用の試験片も、衝撃試験片と同様の焼入れ焼戻しを施し、43HRCに調質した。
熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により、25℃で測定した。熱伝導率が27.0W/m/K以上になると、高温の被加工材と接触した金型表面の温度上昇を抑制する効果が大きい。従って、判定としては、熱伝導率が27W/m/K以上を「○」、24W/m/K以上27W/m/K未満を「△」、24W/m/K未満を「×」とした。
[2.1.3. Thermal conductivity]
The test piece for thermal conductivity investigation was also tempered to 43HRC by quenching and tempering in the same manner as the impact test piece.
The thermal conductivity was measured at 25 ° C. by a laser flash method. When the thermal conductivity is 27.0 W / m / K or more, the effect of suppressing the temperature rise on the mold surface in contact with the high temperature workpiece is large. Therefore, as a judgment, the thermal conductivity of 27 W / m / K or more is “◯”, 24 W / m / K or more and less than 27 W / m / K is “△”, and the less than 24 W / m / K is “X” .

[2.2. 熱間鍛造試験]
[2.2.1. 大割れ回避、及び摩耗抑制]
先述のブロック材(約1240kg)を1030℃に加熱し、油冷で焼入れを行った。靱性を支配する温度域の平均冷却速度は、0.5〜1℃/minであることが数値シミュレーションから判明している。この焼き入れたブロック材を焼き戻して44HRCとした後、機械加工で意匠面に鍛造品形状の凹部を形成し、鍛造金型とした。
1200℃に加熱した素材をこの金型で鍛造した。鍛造ショット数は、最大1500までとし、そのショットに至る以前に凹部コーナーから大割れが発生すればテストを中止し、「×」判定とした。大割れせずに1500ショットに達した場合は、大割れの判定を「○」とした上で、金型の摩耗深さdを測定した。d<0.5mmを「○」、0.5mm≦d<1.0mmを「△」、1.0mm≦dを「×」とした。
[2.2. Hot forging test]
[2.2.1. Large crack avoidance and wear control]
The aforementioned block material (about 1240 kg) was heated to 1030 ° C. and quenched with oil cooling. It has been found from numerical simulation that the average cooling rate in the temperature range governing toughness is 0.5 to 1 ° C./min. After the tempered block material was tempered to 44HRC, a forged product-shaped recess was formed on the design surface by machining to obtain a forged die.
The material heated to 1200 ° C. was forged with this mold. The number of forging shots was set to a maximum of 1500, and if a large crack occurred from the corner of the recess before reaching that shot, the test was stopped and an “x” determination was made. When 1500 shots were reached without large cracks, the wear depth d of the mold was measured after determining whether the crack was large. d <0.5 mm was “◯”, 0.5 mm ≦ d <1.0 mm was “Δ”, and 1.0 mm ≦ d was “x”.

[2.2.2. 低廉化]
低廉化については、高価な希少元素であるMoとVの合計量で評価した。MoとVの合計量が2.1%以下を「○」、2.1%超2.8%以下を「△」、2.8%超を「×」とした。
[2.2.2. Inexpensive]
The cost reduction was evaluated by the total amount of Mo and V, which are expensive rare elements. When the total amount of Mo and V is 2.1% or less, “◯” is given, and when over 2.1% is 2.8% or less, “Δ” is given, and over 2.8% is “x”.

[3. 結果]
[3.1. 基礎特性調査]
表2に、靱性、高温強度、及び熱伝導率の結果を示す。比較例2−1〜2−5は、それぞれ、評価項目のいずれか1以上に「△」あるいは「×」があり、基礎特性に課題がある。これに対し、実施例2−1〜2−10は、いずれも3項目すべてが「○」であり、基礎特性上の問題はない。
実際の熱間鍛造金型を想定すれば、靱性は大割れに、高温強度と熱伝導率は摩耗に、それぞれ影響する特性である。高温強度と熱伝導率が摩耗に影響する理由は、図11に関して述べた通りである。
[3. result]
[3.1. Basic characteristics survey]
Table 2 shows the results of toughness, high temperature strength, and thermal conductivity. Each of Comparative Examples 2-1 to 2-5 has “Δ” or “x” in any one or more of the evaluation items, and there is a problem in basic characteristics. On the other hand, in all of Examples 2-1 to 2-10, all three items are “◯”, and there is no problem in basic characteristics.
Assuming an actual hot forging die, toughness is a large crack, and high temperature strength and thermal conductivity are properties that affect wear. The reason why the high temperature strength and thermal conductivity affect the wear is as described with reference to FIG.

Figure 2016017200
Figure 2016017200

[3.2. 熱間鍛造試験]
表3に、熱間鍛造試験の結果を示す。比較例に着目すると、比較例2−3以外には大割れが発生した。比較例2−3は、焼入れ性が良いために、焼入れ速度が小さくても高靱性になり、大割れを回避できたと考えられる。大割れは、表2の靱性値と対応している。
摩耗抑制については、比較例2−2、2−4、2−5が良好であった。摩耗の挙動は、表2の高温強度と熱伝導率に対応しており、高温強度と熱伝導率が高いほど、摩耗は抑制される。
[3.2. Hot forging test]
Table 3 shows the results of the hot forging test. When attention was paid to the comparative example, large cracks occurred in addition to Comparative Example 2-3. Since Comparative Example 2-3 has good hardenability, it is considered that even if the quenching speed is low, the toughness is high and large cracks can be avoided. Large cracks correspond to the toughness values in Table 2.
Regarding wear suppression, Comparative Examples 2-2, 2-4, and 2-5 were good. The behavior of wear corresponds to the high temperature strength and thermal conductivity in Table 2, and the higher the high temperature strength and thermal conductivity, the more the wear is suppressed.

このように、比較例の中では、SKD61(比較例2−1)が比較的に低廉材であるものの、大割れや摩耗に難がある。他の比較例は、高価である一方で、大割れ回避あるいは摩耗抑制のいずれかに優れる。
これに対し、実施例2−1〜2−10は、いずれも全項目が「○」であり、表2で確認された優れた基礎特性が熱間鍛造においても優れた実用性能として再現された。本発明を適用することで、低廉化、大割れ回避、摩耗抑制、の3点が同時に実現される理由は、MoとVを減量し、靱性が高く、高温強度が高く、かつ、熱伝導率が高いためである。
Thus, among the comparative examples, although SKD61 (Comparative Example 2-1) is a relatively inexpensive material, there are difficulties in large cracks and wear. Other comparative examples are expensive, but are excellent in either avoiding large cracks or suppressing wear.
In contrast, in all of Examples 2-1 to 2-10, all items were “◯”, and the excellent basic characteristics confirmed in Table 2 were reproduced as excellent practical performance even in hot forging. . By applying the present invention, the three reasons of low cost, large crack avoidance, and wear suppression are realized at the same time by reducing the amount of Mo and V, high toughness, high temperature strength, and thermal conductivity. Is high.

高温強度が高いことについては、(a)必要最低量のMoとVを確保しつつ、(b)Si低減、(c)P添加、(d)Cr増量、で実現した。
靱性が高いことについては、
(a)MnとCrの増量で焼入れ性を高めたこと、
(b)CとVとNの適正化で焼入れ時のγ結晶粒を微細化したこと、
(c)CとVとNの適正化でV系の粗大な炭化物の晶出を抑制したこと、
(d)Pを過度に添加しないこと、
によって実現した。
熱伝導率が高いことについては、(a)Si低減、(b)CとMnとCrを過度に増量しないこと、によって実現した。
The high strength at high temperature was achieved by (a) securing the necessary minimum amounts of Mo and V, (b) reducing Si, (c) adding P, and (d) increasing Cr.
For high toughness,
(A) Increased hardenability by increasing the amount of Mn and Cr,
(B) Refinement of γ crystal grains during quenching by optimizing C, V, and N,
(C) Suppressing crystallization of V-based coarse carbides by optimizing C, V, and N;
(D) Do not add P excessively,
Realized by.
The high thermal conductivity was realized by (a) Si reduction and (b) not excessively increasing C, Mn and Cr.

Figure 2016017200
Figure 2016017200

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明に係る金型用鋼は、熱間鍛造、亜熱間鍛造、温間鍛造、鋼板のホットプレス、プラスチックの射出成型等に用いられる金型、その部品、あるいは金型補修用の溶接材などの材料として使用することができる。
本発明に係る金型用鋼からなる金型や部品は、表面改質(ショットブラスト、サンドブラスト、窒化、PVD、CVD、メッキなど)と組み合わせることができる。
The mold steel according to the present invention includes hot forging, sub-hot forging, warm forging, hot pressing of steel plates, plastic molds used for injection molding, parts thereof, or welding materials for repairing molds. It can be used as a material.
Molds and parts made of steel for molds according to the present invention can be combined with surface modification (shot blasting, sand blasting, nitriding, PVD, CVD, plating, etc.).

Claims (9)

0.30<C<0.45mass%、
0.01<Si<0.15mass%、
0.50<Mn<1.18mass%、
0.015<P<0.050mass%、
5.36<Cr<5.92mass%、
0.98<Mo<1.37mass%、
0.30<V<0.72mass%、及び
0.0150<N<0.0800mass%
を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる金型用鋼。
0.30 <C <0.45 mass%,
0.01 <Si <0.15 mass%,
0.50 <Mn <1.18 mass%,
0.015 <P <0.050 mass%,
5.36 <Cr <5.92 mass%,
0.98 <Mo <1.37 mass%,
0.30 <V <0.72 mass% and 0.0150 <N <0.0800 mass%
Steel for molds, the balance being Fe and inevitable impurities.
0.50<Ni≦4.50mass%
をさらに含む請求項1に記載の金型用鋼。
0.50 <Ni ≦ 4.50mass%
The mold steel according to claim 1, further comprising:
0.30<Cu≦2.00mass%
をさらに含む請求項1又は2に記載の金型用鋼。
0.30 <Cu ≦ 2.00 mass%
The mold steel according to claim 1 or 2, further comprising:
0.10<Al<1.50mass%
をさらに含む請求項1から3までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.10 <Al <1.50 mass%
The steel for mold according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
0.003<S≦0.250mass%、
0.0005<Ca≦0.2000mass%、
0.03<Se≦0.50mass%、
0.005<Te≦0.100mass%、
0.01<Bi≦0.50mass%、及び、
0.03<Pb≦0.50mass%
からなる群から選ばれるいずれか1以上の元素をさらに含む請求項1から4までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.003 <S ≦ 0.250 mass%,
0.0005 <Ca ≦ 0.2000 mass%,
0.03 <Se ≦ 0.50 mass%,
0.005 <Te ≦ 0.100 mass%,
0.01 <Bi ≦ 0.50 mass%, and
0.03 <Pb ≦ 0.50 mass%
The mold steel according to any one of claims 1 to 4, further comprising one or more elements selected from the group consisting of:
0.004<Nb≦0.100mass%、
0.004<Ta≦0.100mass%、
0.004<Ti≦0.100mass%、及び、
0.004<Zr≦0.100mass%
からなる群から選ばれるいずれか1以上の元素をさらに含む請求項1から5までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.004 <Nb ≦ 0.100 mass%,
0.004 <Ta ≦ 0.100 mass%,
0.004 <Ti ≦ 0.100 mass%, and
0.004 <Zr ≦ 0.100 mass%
The mold steel according to any one of claims 1 to 5, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of:
0.0001<B≦0.0050mass%
をさらに含む請求項1から6までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.0001 <B ≦ 0.0050 mass%
The steel for mold according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
0.10<W≦5.00mass%、及び、
0.10<Co≦4.00mass%、
からなる群から選ばれるいずれか1以上の元素をさらに含む請求項1から7までのいずれか1項に記載の金型用鋼。
0.10 <W ≦ 5.00 mass%, and
0.10 <Co ≦ 4.00 mass%,
The mold steel according to any one of claims 1 to 7, further comprising any one or more elements selected from the group consisting of:
請求項1から8までのいずれか1項に記載の金型用鋼を用いた温熱間金型。   A hot mold using the mold steel according to any one of claims 1 to 8.
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